Lorsque les rochers se fracturent dans les défauts souterrains, ils génèrent une variété de composés chimiques qui pourraient fournir plus de sources d'énergie pour les microbes dans la profondeur de la Terre
Les microbes pourraient trouver de l'énergie dans des endroits étonnamment inhospitaliers
Les roches fracturées par les tremblements de terre pourraient débloquer un large menu de sources d'énergie chimique pour les microbes vivant profondément sous terre – et des processus similaires pourraient potentiellement prendre en charge les microbes au sein d'autres planètes.
«Cela ouvre un tout nouvel ensemble de métabolismes», explique Kurt Konhauser à l'Université de l'Alberta au Canada.
Tous les organismes sur Terre utilisent des électrons qui coulent pour alimenter leur vie. À la surface de la planète, les plantes exploitent la lumière du soleil pour produire des sucres à base de carbone, que les animaux comme nous mangent. Ensuite, les électrons circulent du carbone que nous consommons aux molécules d'oxygène que nous inhalons. Le gradient chimique entre ces donneurs d'électrons en carbone et les accepteurs d'électrons d'oxygène, connus sous le nom de paire redox, produit de l'énergie.
En dessous de la surface de la planète, les microbes reposent également sur de telles paires pour l'énergie. Mais les écosystèmes profonds n'ont pas accès à l'énergie du soleil sous quelque forme que ce soit, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas utiliser les mêmes paires en carbone-oxygène que nous faisons. «Le problème avec le sous-sol profond a toujours été, d'où viennent ces (gradients chimiques)?» dit Konhauser.
L'hydrogène gazeux – généré sous terre par des réactions entre l'eau et la roche – est connu pour servir de source majeure d'électrons, un peu comme les sucres de carbone qui le font ci-dessus. Cet hydrogène provient de la rupture de l'eau en ses composants, ce qui peut se produire lorsque les roches radioactives divisent les molécules d'eau ou que les roches riches en fer réagissent avec elles. Une plus petite part d'hydrogène est générée lorsque les tremblements de terre cisaillent les roches de silicate, exposant des surfaces réactives capables de diviser l'eau.
Pour utiliser cet hydrogène, cependant, les microbes nécessitent des accepteurs d'électrons pour former des paires redox complètes; L'hydrogène ne vaut pas grand-chose. «La nourriture est peut-être sur la table, mais si vous n'avez pas de fourche, vous n'allez pas manger», explique Barbara Sherwood Lollar à l'Université de Toronto au Canada.
Konhauser, Sherwood Lollar et leurs collègues ont utilisé des machines à rocher pour tester comment les mêmes réactions qui génèrent de l'hydrogène gazeux dans les défauts peuvent également générer des paires redox complètes. Ils ont écrasé des cristaux de quartz, simulant la souche produite dans différents types de défauts, puis mélangé la roche avec de l'eau et diverses formes de fer, qui est présente dans la plupart des roches.
Le quartz concassé a réagi avec l'eau pour générer de grandes quantités d'hydrogène dans sa configuration moléculaire stable et des formes plus réactives. Les chercheurs ont constaté que bon nombre de ces radicaux hydrogène réagissaient avec des fluides contenant du fer pour générer une série de composés qui pourraient soit donner ou accepter des électrons, suffisamment pour former un assortiment de paires redox.
«Plus de rochers deviennent utilisables pour l'énergie», explique Konhauser. «Ces réactions… médient de nombreux types de réactions chimiques différents, ce qui signifie que de nombreux types de microbes peuvent exister.» D'autres réactions secondaires avec l'azote ou le soufre pourraient offrir une diversité encore plus grande de sources d'énergie, dit-il.
«J'ai été surpris par les chiffres», explique Magdalena Osburn à l'Université Northwestern dans l'Illinois. «Cela produit beaucoup d'hydrogène. Et il produit également cette chimie subsidiaire supplémentaire.»
Les chercheurs estiment que les tremblements de terre génèrent beaucoup moins d'hydrogène que les autres réactions de rock aquatique dans la croûte de la planète. Cependant, leurs résultats suggèrent que les failles actives pourraient être des points chauds locaux de l'activité microbienne et de la diversité, explique Sherwood Lollar.
Et les tremblements de terre complets ne sont pas nécessairement nécessaires. Des réactions similaires pourraient également se produire lorsque les rochers se fracturent dans des endroits sismiquement calmes, comme l'intérieur des continents, ou des planètes tectoniquement mortes comme Mars. «Même dans ces masses rocheuses géantes, vous avez des redistributions et des changements de pression», dit-elle.
«Je pense que c'est vraiment excitant, poussant certaines sources que nous connaissions avant un peu plus», explique Karen Lloyd à l'Université de Californie du Sud. La gamme de produits chimiques utilisables produits en défauts réels serait probablement encore plus diversifié. «Cela se produit probablement sous pression, à différentes températures, sur une très grande échelle spatiale et avec des formations minérales plus diverses», dit-elle.
L'énergie d'événements peu fréquents comme les tremblements de terre pourrait également expliquer les modes de vie de ce que Lloyd appelle des éeonophiles, des microbes souterrains profonds qui semblent vivre pendant des périodes extrêmement longues. «Si vous pouvez attendre dix mille ans, il y aura un tremblement de terre de magnitude 9 et vous allez obtenir cette énorme ruée d'énergie», explique Lloyd.
Les résultats font partie d'une tendance générale au cours des deux dernières décennies, élargissant notre vision de l'endroit où et comment les organismes peuvent survivre sous terre, explique Sherwood Lollar. Preuve que les rochers profonds des continents pourraient soutenir la vie «a massivement ouvert notre concept de l'habitable de notre planète», dit-elle.
